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《仪器仪表与分析监测》 2006 年第 4 期
SCA DA 系统在油田抽油机远程测控中的应用
The A pp lica tion of S CADA S ys tem to the Rem o te S upe rv is o ry a nd C on tro l of P um p ing W e lls in O il F ie ld
陈永军1, 3 乔清波2 郑招生1 张贤强4
31 华中科技大学电气与电子工程学院 湖北武汉 430074; 41 北京龙鼎源科贸有限公司 北京 100101) ( 11 长江大学电子与信息学院 湖北荆州 434023; 21 中原石油勘探局工程管理有限公司 河南濮阳 457001;
[ 摘 要 ] 油井自动监测与计量技术以计算机技术、 无线数字通讯技术、 网络技术、 传 感器技术等
为支撑, 实现油田地下、 地面的生产信息的测控、 管理、 分析诊断以及应急处理等功能。 文章针对油田抽 油机的远程测控问题, 研制了基于 GSM GPR S 的远程测控终端, 构建了抽油井 SCADA 系统, 实时传输 油井温度、 压力、 抽油机工况等监控数据。 [ 关键词 ] 抽油井 监控和数据采集 数据通讯 示功图 远程测控终端 [ 中图分类号 ] T P 273 [ 文献标识码 ] A 石油开采行业中抽油机井的管理是油田生产 管理中最关键的环节之一。 油井采油设备工作状态 效益。 运用有限的资金, 实时获取生产数据, 进行智 的好坏, 直接关系到油田原油的产量和自身的经济 能判断, 保护采油设备, 同时将所获取的数据直接传
从站使用定向天线, 并要保证主站天线的位置高于 各从站天线的位置。 该系统是一个典型的点对多点 星形结构。 如图 1 所示。
送给数据中心进行分析、 诊断, 为领导决策、 指挥生 决的问题之一[ 1 ]。
产提供科学的依据, 成为石油开采行业迫切需要解 由于油田的自然环境恶劣, 对用于野外
环境中
的设备如油井 R TU 、 无线通信模块、 传感器等可靠 设备的 80% 以上, 因此野外环境中的设备可靠程度
性的要求极高, 而野外环境中的设备占油田自动化 关系到油田自动化的成败。 同时, 制约油田数据采集 采集数据多、 位置分散。 因此, 通信系统的设计是保 证远程测控终端稳定、 可靠的重要基础。
图 1 抽油井 SCADA 系统网络拓扑图
系统自动化发展的一个重要因素就是油田各工作点
1 抽油井 SCADA 系统组成
根据设计要求, 系统主要解决作业区范围内分
主站M A ST ER RAD I 电台自动接收从站抽 O 油井 R TU 发送来的信号, 通过对射频信号放大、 解 调, 恢复成数传信号送上位工控机处理计算, 实现远 程油井温度、 压力、 抽油
井示功图检测; 当出现异常 情况时进行声光报警, 中心工控室立即向从站抽油 井 R TU 发出控制命令, 控制电机停机待修。 每个
布的 56 口油井的遥测遥控。长期以来, 油井的计量、 监控靠人工巡视, 由于地域分散、 自然条件恶劣、 工 井产量。 为此, 抽油机井口方案采用美国 BB 公司
D PC 3330 远程终端控制器和M D S2710 全数字数传
M D S2710 电台具备网管功能, 通过网管软件, 主站
作效率低且不能及时发现设备故障, 直接影响了单
电台; 以采油厂中控室为主站, 以作业区内 56 口抽 油井为从站实现 SCADA [ 2 ]。 主站使用全向天线, 各 — 6 —
中控室可以对各个从站数传电台进行实时的状态监 控和参数修改。本项目主要由 9 个计配站、 个计量 7 站、 个注气压缩机监控站和 1 个控制中心组成。野 1 外 作 业 采 用 17 套 D PC 3330 控 制 器 和 1 套 op enEn terp rise 组态软件; 数据传输采用 200 M H z 段电台通讯方式; 控制中心使用1 台服务器和2 台工
SCADA 系统在油田抽油机远程测控中的应用 陈永军, 等
作站, 采用 HoneyW ell 公司的 P lan tScap e 监控组态 软件。 从站 采 化妆品软管用 针 对 油 田 设 计 的 D PC 3330 抽 油 井 R TU , 它采用了先进的工业控制器和接口模块, 具 有功能强、 可靠性高、 应用灵活、 操作方便等特点。 组 成框图如图 2 所示。 D S2710 电台在该系统中构建 M 无线数据采集和传输网络, 即主站上位机与 56 口抽 油井R TU 之间的数据通信是由数传电台来完成的。 当抽油井出现异常情况时, 主站立即向抽油井 R TU 发出控制命令, 抽油井R TU 通过一路R S232 串行通 讯实现对抽油井进行空抽、 定时起停、 负荷超限停机 等操作控制。
来表示油井状态的模拟信号变成数字信号, 汇总后 按 照 多 机 通 讯 协 议 对 传 送 数 据 进 行 打 包, 借 助 GSM GPR S 通讯平台, 以射频信号的形式发射到 空间。 监控中心的接收装置再利用相同的原理接收 数据包并还原数据。 按照抽油井工况巡检的要求, 系统利用抽油机 光杆载荷变化与电机电功率有一定对应关系的原 理, 测取抽油机电机的电压、 电流、 电功率曲线, 然后 转换出等效示功图 ( 载荷随位移的变化关系曲线所 构成的封闭曲线图) , 将实测功率曲线与等效示功图 相结合, 综合分析判断电机、 抽油机、 供液等工况的
连续实时监测系统。 在实际工作中以实测示功图作 为分析深井泵工作状况的主要依据。 在抽油机井口安装负荷传感器, 在抽油机游梁 支架上安装角位置传感器, 分别测量光杆的负荷变 化及抽油机运行周期变化; 在抽油机电机配电柜中 安装电压、 电流传感器, 分别对 380 V 、 kW 电机 30 的三路电压、 电流等模拟信号量进行测量, 经过信号 转换, 发送到监控中心并由此绘制出抽油机的地面 示功图。
2. 2 基于无线电台数传的远程数据采集系统
图 2 D PC3330 抽油井 R TU 组成框图
2 无线数据通信系统
2. 1 概述
远程测控终端 (D PC 3330 R TU ) 需要完成多路 输入信号的实时采集、 数据处理等工作, 将传感器送
本 SCADA 系统是利用数据采集终端、 移动电 台、 计算机组成移动监测系统。 终端利
用各种传感器 采集压力、 温度、 电流、 各种开关数据, 通过集成编码 后, 接受主控机无线电控制, 实时向主控机、 移动监 测机发送数据, 其工作原理框图如图 3 所示。
图 3 基于无线电台数传的远程数据采集系统
M D S2710 电台由无线收发模组和功率放大器 组成。 其中无线收发模组为无线数传电台的核心, 采靶板 用 D SP 数字信号处理器、 数字调制 CRC 纠错编码、 解调和表面贴片一体化设计, 具有良好的稳定性、 可 靠性和抗干扰能力; 收发转换时间短、 透明传输、 支 持多种控制协议。 工作频段为200M H z, 信号绕射能
力较强, 通信距离较远, 传输速率 2 400 bp s, 采用校 验, 误码率低于10- 4。 功率放大器主要与微功率无线 收发模组结合, 增大其输出功率。 电台发射功率 10 丘陵、 W , 无中转通信距离 30 km 以上, 适用于平原、 山区等地理环境, 并具有远程诊断、 测试、 监管等功 能。 M D S2710 电台采用频分多址 (FDM A ) 方式 由于 — 7 —
《仪器仪表与分析监测》 2006 年第 4 期
组网, 从站数量由占用频率数决定。 电台提供标准 R S232 数据口可直接与工业 PC、 T
U 连接, 满足抽 R [ 324 ] 油机 SCADA 无线传输的需要 。
3 控制中心的组态
控制中心采用美国 Honeyw ell 公司最新推出的 P lan tScap e R 400 系 统, 其 以 以 太 网 ( 通 讯 速 率 为自制自慰器 10 b it s) 为通讯介质, 通过国际通用标准 TCP IP M 协议和实时系统软件, 将基于 In tel PC 的过程服务 器和操作站联成一个操作监督网络, 以完成对生产 装置的监测与操作。 3. 1 系统功能 它是运行在中文W indow s 2000 操作系统上的 一个开放的 32 位自控组态软件, 其数据库容量为 300 个点, 主要完成现场数据采集点的组态、 工艺流 程画面的建立、 历史数据点的数据采集、 存储、 组画 面的建立、 趋势画面的建立、 通讯状态的自诊断、 报 表的建立、 打印、 现场采集数据的实时监控以及人工 数据的录入等功能。 3. 2 P lan tScap e 系统应用于现场所完成功能
板栗开口机
1 幅总貌画面、 幅详细工艺流程画面、 幅数 6 3
的实时检测及控制水平, 及时发现设备隐患及故障; 2 ) 系统的最大化水平高, 能节省大量的人力物 力, 提高劳动生产率; 3 ) 抽油机示功图无线测试减轻了劳动强度, 改 善了工作环
境, 提高了测试安全, 提高了工作效率; 4 ) 该测控系统为油井井口房被破坏、 井口偷盗 原油的情况增加了监控手段[ 6 ]; 5 ) 软件组态采用了联合设计, 使得 SCADA 系 统极大地提高了计量的准确度和生产管理水平, 保 证了设备有效地运行, 改善了工人的劳动条件, 降低 了劳动强度。 参考文献 [ 1 ] 刘世景1 塔里木油田R TU 应用分析 [J ] 1 油气田 地面工程, 2003 ( 5) : 31234 [ 2 ] 王仪等 1 抽油井工况自动远程监测在吐哈温米 油田应用分析 [J ] 1 油气井测试, 2003 ( 6) : 63265
[ 3 ] 陈国瑞等 1 基于超短波通信技术的抽油井 [ 4 ] 黄贤勇 油田无线通讯系统应用及故障分析 [J ]. . ( 上接第 5 页) 63, 92 51254 SCADA 系 统 [J ] 1 江 汉 石 油 学 院 学 报, 2003 ( 2) : 1052107 comm un ica t ion and sto rage [M ] 1N ew J ersey: P ren t ice H a ll Inc1, 1995
据输入画面的实时调用; 根据现场要求, 设定地面示功图数据采集时间 及间隔, 实时录取地面示功图; 在数据采集点, 可随时观察油井工作状况; 利用采集数据, 通过油井计量分析软件, 对地面 物联网实验设备示功图进行分析、 工况诊断、 计算油井产液量; 建立了油井、 示功图、 井身、 抽油机等相关数据 库, 实现示功图数据查询、 油井产液量计算及生产报 表的生成, 可将油
井产量数据直接上报; 5 组画面操作; 7 组历史趋势画面监视; 报表打 印; 报警及实时日志的显示及打印。 图 4 给出了经过 P lan tScap e 组态软件生成的远 程测控系统示功图[ 5 ]。
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